Việc ứng dụng phương pháp mạng nơrôn phối hợp với phương pháp DGA có thể góp phần nâng cao độ chính xác của chẩn đoán, dễ dàng lập trình, cho phép xây dựng được hệ ch[r]
(1)ỨNG DỤNG MẠNG NƠRƠN CHẨN ĐỐN
SỰ CỐ TIỀM ẨN TRONG MÁY BIẾN ÁP LỰC
APPLICATION OF NEURAL NETWORK IN DIAGNOSING POWER TRANSFORMER INCIPIENT FAULTS
ĐINH THÀNH VIỆT - NGUYỄN QUỐC TUẤN
Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng
NGUYỄN VĂN LÊ
Ban Quản lý Dự án Thuỷ điện
TÓM TẮT
Bài báo đề cập đến vấn đề ứng dụng mạng nơrơn vào việc chẩn đốn cố tiềm ẩn máy biến áp lực Việc chẩn đốn góp phần nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, mang lại hiệu kinh tế
ABSTRACT
The paper presents the application of neural network in diagnosing power transformer incipient faults Good result of the diagnosis might improve the reliability of power supply and raise economic effects
1 Đặt vấn đề
Máy biến áp (MBA) lực thiết bị điện hệ thống điện, độ tin cậy cung cấp điện liên quan trực tiếp đến độ tin cậy hệ thống Trong đó, MBA dễ rơi vào trạng thái khơng bình thường, đặc biệt MBA có tuổi đời từ 15 năm trở lên Nếu MBA vận hành trạng thái khơng bình thường kéo dài tuổi thọ MBA giảm có khả xảy cố làm gián đoạn cung cấp điện Khi MBA lực bị cố, thiệt hại kinh tế lớn, chí lên đến hàng triệu USD MBA cơng suất lớn
Chính MBA cần kiểm tra bảo dưỡng thường xuyên biện pháp khác nhau, MBA mang điện (on-line) hay cắt điện (off-line) Để tăng độ tin cậy cung cấp điện giảm thiểu thiệt hại kinh tế việc cắt MBA gây ra, có nhiều biện pháp thử nghiệm MBA mang điện Trong đó, phương pháp phân tích khí hồ tan (Dissolved Gas Analysis - DGA) hiệu việc chẩn đoán trạng thái hư hỏng tiềm ẩn MBA Việc phối hợp phương pháp DGA với phương pháp mạng nơrôn góp phần nâng cao độ xác kết chẩn đoán MBA
2 Các dạng cố tiềm ẩn MBA
(2)Hình 1: Sự sinh khí điện mơi dầu
S? sinh khí cách d?u bi?n áp b? đánh th?ng [4] C
hỏng khác lõi; hư hỏng đai bó quanh vỏ máy; kẹt tuần hồn dầu; khuyết tật hệ thống làm mát
Có nhiều phương pháp khác dùng cho chẩn đoán cố tiềm ẩn MBA lực gồm biện pháp on-line off-line Các thử nghiệm off-line như: đo điện trở cách điện, hệ số tổn thất điện môi, độ phân cực mặt phân cách, tỉ lệ số vòng dây, điện trở cuộn dây Các phương pháp on-line như: phương pháp đáp ứng tần số, phân tích phổ âm thanh, phương pháp hồng ngoại, phương pháp DGA,
Trong số phương pháp DGA phương pháp phổ biến ứng dụng rộng rãi để dự báo cố xảy MBA Cách điện máy biến áp gồm giấy (cellulose) dầu máy biến áp, chúng cấu tạo từ hợp chất hữu Dầu biến áp có công thức cấu tạo CnH2n+2 với n = 20 40, cellulose có cơng thức cấu tạo [C12H14O4(OH)6] với n = 300 750 Trong trình hoạt động máy biến áp, tác dụng nhiệt độ hợp chất hữu sinh thành phần khí khác Tuỳ theo nhiệt độ khác điều kiện khác mà mức độ sinh khí khác hình
Sự sinh khí dầu MBA tuân theo quy luật định Vì vậy, DGA phương pháp chẩn đốn MBA xác với ưu điểm khơng phải cắt điện MBA mà cần lấy mẫu dầu lúc MBA vận hành
3 Cơ sở để xây dựng hệ chuyên gia chẩn đoán máy biến áp
Như nêu phần 2, cố MBA lực phân thành nhóm với nhiều nguyên nhân khác Mỗi dạng hỏng hóc với nguyên nhân hỏng hóc tạo khí đặc trưng khác dầu MBA Các khí là: H2, O2, N2, CH4, CO, CO2, C2H4, C2H6, C2H2, C3H6 + C3H8 liên quan với cố sau:
-Các khí tạo MBA xảy cố vầng quang:
+ Tác dụng lên dầu: H2-khí chính, CH4-khí đặc trưng nồng độ bé + Tác dụng lên giấy: H2, CO, CO2
-Các khí tạo MBA xảy cố nhiệt:
+ Tác dụng lên dầu: Khi nhiệt độ thấp (dưới 300oC) C2H6-khí chính, CH4-khí đặc trưng với nồng độ cao, C2H4-khí đặc trưng với nồng độ thấp Khi nhiệt độ dầu cao (trên 300oC) C2H4-khí chính, H2-khí đặc trưng nồng độ thấp, C2H2 CH4-khí đặc trưng nồng độ thấp đến cao
(3)+ Tác dụng lên dầu: H2 C2H2-khí (các khí phân huỷ có lượng lớn), CH4 C2H4-khí đặc trưng nồng độ cao
+ Tác dụng lên giấy: CO-khí đặc trưng có nồng độ cao, CO2-khí đặc trưng có nồng độ bé
Hiện có nhiều phương pháp chẩn đốn cố MBA dựa vào DGA, phương pháp phổ biến là:
- Phương pháp tỷ số: Các tỷ số định nghĩa bảng 1, nồng độ giới hạn khí cho bảng Trong thực tế, nhiều hệ chuyên gia kiểm tra nồng độ khí H2, CH4, C2H2, C2H4 thay khí
Bảng 1: Định nghĩa tỷ số
Tỷ số CH4/H2 C2H2/C2H4 C2H2/CH4 C2H6/C2H2 C2H4/C2H6
Ký hiệu R1 R2 R3 R4 R5
Bảng 2: Nồng độ khí hồ tan
Khí H2 CH4 CO C2H2 C2H4 C2H4
Giới hạn (ppm) 100 120 350 35 50 65
- Phương pháp tỷ số ban đầu: gồm có khí H2, CH4, C2H2, C2H4, C2H6 tỷ số R1, R2, R3, R4, R5
- Phương pháp Dornenburg: gồm khí H2, CH4, C2H2, C2H4, C2H6 tỷ số R1, R2, R3, R4 (bảng 3)
- Phương pháp Rogers gốc: gồm khí H2, CH4, C2H2, C2H4, C2H6 tỷ số R1, R2, R3, R4 với R4 = C2H6/CH4
- Phương pháp Rogers sửa đổi: giống phương pháp Rogers gốc dùng chữ số để mã hoá dùng bảng)
Bảng 3: Phương pháp hệ số Dornenburg
Sự cố R1 R2 R3 R4
Nhiệt phân > 1,0 < 0,75 < 0,3 > 0,4
Vầng quang < 0,1 Không dùng < 0,3 > 0,4
Hồ quang điện > 0,1 < 1,0 > 0,75 > 0,3 < 0,4
- Các phương pháp khác: biểu đồ khí, khí đặc trưng, phân tích khí nhiên liệu tổng (Total Combustible Gas Analysis - TCGA)
(4)4 Ứng dụng mạng nơrơn chẩn đốn MBA
Hiện mạng nơrôn ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác hệ thống điện Có nhiều mơ hình mạng khác như: Perceptron, Perceptron nhiều lớp (MLP), mạng nơron với hàm sở xuyên tâm (mạng RBF) Mạng MLP ứng dụng để dự báo cố tiềm ẩn MBA
Trong báo này, tác giả xây dựng mơ hình mạng 10x30x15x5x9 (hình 2) Đầu vào mạng gồm có 10 nút tương ứng với nồng độ ppm khí sau: H2, N2, O2, CO, CO2, CH4, C2H6, C2H4, C2H2 (C3H6 + C3H8) Lớp đầu ứng với trường hợp sau: bình thường, phóng điện cục với lượng thấp, phóng điện cục với lượng cao, phóng điện cơng suất bé, phóng điện cơng suất lớn, hư hỏng nhiệt độ thấp 150o
C, hư hỏng nhiệt độ thấp từ 150oC đến 300oC, hư hỏng nhiệt độ trung bình từ 300oC đến 700oC, hư hỏng nhiệt độ cao 700oC Trong q trình luyện mạng máy tính sử dụng ngơn ngữ lập trình Visual C hàm kích hoạt logistic cho lớp ẩn lẫn lớp đầu Các số liệu luyện mạng nơrôn tham khảo từ biên thí nghiệm mẫu dầu MBA Trung tâm thí nghiệm điện-Cơng ty Điện lực [3]
Hình 3: Giao diện chương trình luyện mạng nơrôn y 1
y 2
y 9
. . . .
. . . .
. . . .
x 1
x 2
x 1 0
Lớp vào lớp ẩn Lớp
(5)Giao diện chương trình luyện mạng nơrơn trình bày hình Chương trình thử nghiệm với số liệu thực tế Trung tâm Thí nghiệm Điện–Công ty Điện lực Với mẫu dầu kiểm tra ngày 03/09/2002 MBA T2 trạm biến áp 110 kV Ngự Bình (E6) [3], kết dự báo chương trình theo phương pháp mạng nơrơn (hình 4) MBA có nhiệt với nhiệt độ 700oC Kết phù hợp với kết luận nêu biên thí nghiệm
Hình 4: Giao diện chương trình chẩn đốn MBA
5 Kết luận
Việc chẩn đốn xác trạng thái máy biến áp, đặc biệt MBA cơng suất lớn có ý nghĩa quan trọng, góp phần giảm thiểu cố bất ngờ xảy ra, tăng độ tin cậy cung cấp điện Việc ứng dụng phương pháp mạng nơrơn phối hợp với phương pháp DGA góp phần nâng cao độ xác chẩn đốn, dễ dàng lập trình, cho phép xây dựng hệ chuyên gia chẩn đoán máy biến áp
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Zhenyaun Wang, Artificial intelligence applications in the diagnosis of power transformer incipicent, Virginia, 2000
[2] Tapan K Saha, Review of modern diagnostic techniques for assessing insulation condition in aged transformers, IEEE transactions on dielectrics and electrical insulation, Vol.10, No.5, p.903-917, 2003
[3] Trung tâm Thí nghiệm Điện - Cơng ty Điện lực 3, Các “Biên thí nghiệm hàm